将可扩展的生物制程用于生产HIV-1类病毒颗粒：将连续VLP收获与端到端下游处理相结合

把安全的病毒外壳变成可扩展的疫苗

许多现代疫苗正在从使用完整的活病毒或灭活病毒转向依赖微小、无感染性的空壳——即类病毒颗粒。本文描述了研究人员如何构建更高效、工厂化的流程来制造基于HIV‑1的此类颗粒——不是作为致病因子，而是作为一种灵活的平台来承载针对多种疾病的疫苗成分。他们的工作展示了如何连续生产这些颗粒、净化它们并将其干燥成稳定的形式，从而有望让未来的疫苗更便宜、更易于全球分发。

为什么空的病毒外壳很重要

类病毒颗粒（VLP）在外观上像真正的病毒，但内部不含遗传物质，因此无法复制或引起感染。HIV‑1 的 Gag 蛋白天然组装成这种外壳，并可以在其表面装饰多种与疾病相关的分子。这使得它们成为一种模块化的疫苗平台：同一种基本颗粒原则上可以被改造用于针对流感、冠状病毒、狂犬病、癌症标志物等。然而，要实现工业规模生产这些颗粒一直很困难。传统方法使用短期的基因转染在简单的批次培养中进行，这限制了产量、提高了成本并使制造一致性更难以保证。

从批次生产到连续产线

研究人员通过重新设计上游生产步骤来解决这些限制。他们在受控生物反应器中培养人源 HEK293 细胞，并利用瞬时转染促使细胞组装带有荧光标记的 HIV‑1 Gag 基础颗粒。不同于一次性批次培养，他们将系统以灌注模式运行：新鲜养料流入的同时，用过的培养基和产物流出。特殊设计的过滤单元将细胞保留在反应器内，但允许类病毒颗粒通过进入收获流。这一布局实现了连续收集颗粒，同时保持健康的细胞密度并避免产物在细胞周围过度积聚。

过滤、分离与浓缩产物

颗粒离开生物反应器后，团队开发了三级下游工艺以澄清和纯化它们。首先，初始收获液起到了初步澄清的作用，因为细胞滞留过滤器已移除了绝大部分细胞。第二步的深度过滤进一步降低了浑浊度并去除残余碎屑，对脆弱的颗粒造成的损伤最小。随后，澄清液通过一个带正电荷的色谱柱，该柱选择性地捕获带负电的 HIV‑1 Gag 颗粒，同时让许多杂质通过。通过仔细调节盐度条件，结合的颗粒随后在更小体积中洗脱出来，实现约14倍的浓缩、相对于所有纳米颗粒约60%的纯度，以及约60%的输入回收率。详尽测量显示该色谱柱在每个循环中可处理大量颗粒，支持未来的放大生产。

使疫苗在现实环境中更稳定

即便在纯化之后，疫苗颗粒仍需在储存和运输过程中保持稳定。持续冷链既昂贵又在许多地区不现实。为此，团队将 HIV‑1 Gag 颗粒配制在由糖类和氨基酸组成的保护混合物中，然后进行冻干（即冷冻干燥）。干燥并复水后，颗粒在尺寸、形态和整体质量上得以保存，这一点通过多种分析技术和电子显微镜得到确认。颗粒数量保持在同一数量级，而诸如残留细胞蛋白和DNA等污染物在整个流程中大幅减少。

这对未来疫苗意味着什么

总体而言，与以往的灌注方法相比，该一体化流程使颗粒产率提升了两倍多，并将每颗粒所需的培养基用量削减超过一半。在现实放大条件下，作者估算该策略每年可生产数百公斤基于HIV‑1的疫苗物料，并将每剂的预计成本相比早期方法降低超过七倍。尽管与颗粒性质相似的一些杂质仍难以完全分离，这项工作表明连续收获、智能净化与稳健干燥可以组合成一条强大且可扩展的生产线。对公众而言，这意味着基于安全病毒外壳的未来疫苗可能会变得更便宜、更易运输并能更快速地应对新出现的疾病。

引用: Lorenzo, E., Lavado-García, J., Pérez-Rubio, P. et al. Development of a scalable production bioprocess for HIV-1 virus-like particles coupling continuous VLP harvesting with end-to-end downstream processing. Sci Rep 16, 12009 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41596-y

关键词: 类病毒颗粒, HIV-1 Gag 疫苗, 持续生物加工, 疫苗制造, 生物反应器灌注